一种柔性管状波动的仿生推进器制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性管状波动的仿生推进器，包括导流外壳，导流外壳内设有电机和相位锁定环，相位锁定环内纵向设有相位锁定杆和相位锁定杆加强块，相位锁定环的端部设有相位锁定环端内齿轮，相位锁定环端内齿轮与所述电机输出轴上的齿轮啮合，相位锁定环内通过相位锁定杆和相位锁定杆加强块连接多个内凸轮伸缩单元；内凸轮伸缩单元包括同心设置的内圈和外圈，内圈设有6个方孔，方孔内装有4只滚珠轴承，构成直线滑槽，直线滑槽中插有伸缩杆；外圈中设有特定设计的内凸轮轨道；伸缩杆靠近外圈的一端的两侧装有一对滚珠轴承，这对滚珠轴承置于外圈上的内凸轮轨道中，伸缩杆的内端粘接有柔性蒙皮。相比于螺旋桨推进器，具有更好的隐蔽性能和后退机动性能；相比于普通的二维长鳍波动推进器，借由筒状封闭的波动鳍面可以实现更高的推进效率。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性管状波动的仿生推进器
本专利技术涉及一种水下航行器，尤其涉及一种柔性管状波动的仿生推进器。
技术介绍
传统的水下航行器多采用螺旋桨作为推进器，此类水下航行器具有结构可靠、航速快、效率高的优点，但在机动性和隐蔽性上稍有欠缺。为了提高水下航行器的机动性和隐蔽性，人们研制了多种仿生推进器。水下仿生推进器按照模仿的生物游动方式可分为BCF(Bodyand/orCaudualFin，身体尾鳍)模式和MPF(Medianand/orPectoralFin，中间鳍/对鳍)模式。其中，MPF模式的仿生推进器具有推力稳定(瞬时推力波动幅度小)和双向推进不分头尾(前进和后退原理相同)的特点，从而成为一个研究热点。我国的国防科技大学、新加坡的南洋理工大学、美国西北大学等均针对此种推进方式制作了模型样机。MPF模式的推进器依靠身体或长鳍的波动产生推力，众多学者对其物理原理进行了研究，如Lighthill提出了二维波动板理论，童秉纲院士进一步提出了三维波动板理论等。在研究中发现，长鳍波动推进时，会在侧向(垂直于身体纵剖面或鳍面)产生比推力更大的作用力，增加了能量耗散，导致其推进效率比较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能有效提高推进效率的柔性管状波动的仿生推进器。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的柔性管状波动的仿生推进器，包括导流外壳，所述导流外壳内设有电机和相位锁定环，所述相位锁定环内纵向设有相位锁定杆和相位锁定杆加强块，所述相位锁定环的端部设有相位锁定环端内齿轮，所述相位锁定环端内齿轮与所述电机输出轴上的齿轮啮合，所述相位锁定环内通过相位锁定杆和相位锁定杆加强块连接多个内凸轮伸缩单元；所述内凸轮伸缩单元包括同心设置的内圈和外圈，所述内圈和外圈均由两个半壳组成，其中：所述内圈的两个半壳上分别开有6个矩形截面的槽，两个半壳合并时，每对矩形槽组成一个方孔，方孔内装有4只滚珠轴承，构成直线滑槽，所述直线滑槽中插有伸缩杆；所述外圈的两个半壳上分别开有矩形截面的、曲线形的半边的内凸轮轨道，当两个半壳合并构成外圈时，两个半边的内凸轮轨道贴合成一个整体的内凸轮轨道；所述伸缩杆靠近外圈的一端的两侧装有一对滚珠轴承，这对滚珠轴承置于外圈上的内凸轮轨道中；多个内凸轮伸缩单元的伸缩杆的内端粘接有柔性蒙皮。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的柔性管状波动的仿生推进器，相比于螺旋桨推进器，具有更好的隐蔽性能和后退机动性能；相比于普通的二维长鳍波动推进器，借由筒状封闭的波动鳍面可以实现更高的推进效率。通过在航行器的不同位置沿不同方向使用多个管状柔性长鳍的仿生推进器，可以提高航行器的机动能力。附图说明图1为本专利技术实施例提供的柔性管状波动的仿生推进器的外观结构示意图。图1a为图1的A向放大示意图。图2为本专利技术实施例提供的柔性管状波动的仿生推进器的剖视结构示意图。图2a为图2的B部放大结构示意图。图3a为本专利技术实施例中内凸轮伸缩单元的结构示意图。图3b为本专利技术实施例中内凸轮伸缩单元的沿图3a中I面的剖视结构示意图。图3c为本专利技术实施例中内凸轮伸缩单元的沿图3a中II面的剖视结构示意图。图3d为图3b的C部放大结构示意图。图4是将柔性管状波动的仿生推进器直接作为航行器主体的应用示意图。图5是装有一对柔性管状波动仿生推进器的航行器的应用示意图。图中：1：导流外壳，2：电机，3：齿轮(安装在电机输出轴上)，4：相位锁定环端内齿轮(与齿轮3啮合，与相位锁定环5、相位锁定杆加强块6和相位锁定杆7相固接)，5：相位锁定环，6：相位锁定杆加强块，7：相位锁定杆，8：内圈固联螺杆(用于连接并固定所有内圈),9：内凸轮伸缩单元(即图3a、图3b所述的整个结构)，10：柔性蒙皮；11：内圈，12：外圈，13：滚珠轴承，14：内凸轮轨道(成型于外圈内侧)，15：伸缩杆，16：滚珠轴承。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术的柔性管状波动的仿生推进器，其较佳的具体实施方式是：包括导流外壳，所述导流外壳内设有电机和相位锁定环，所述相位锁定环内纵向设有相位锁定杆和相位锁定杆加强块，所述相位锁定环的端部设有相位锁定环端内齿轮，所述相位锁定环端内齿轮与所述电机输出轴上的齿轮啮合，所述相位锁定环内通过相位锁定杆和相位锁定杆加强块连接多个内凸轮伸缩单元；所述内凸轮伸缩单元包括同心设置的内圈和外圈，所述内圈和外圈均由两个半壳组成，其中：所述内圈的两个半壳上分别开有6个矩形截面的槽，两个半壳合并时，每对矩形槽组成一个方孔，方孔内装有4只滚珠轴承，构成直线滑槽，所述直线滑槽中插有伸缩杆；所述外圈的两个半壳上分别开有矩形截面的、曲线形的半边的内凸轮轨道，当两个半壳合并构成外圈时，两个半边的内凸轮轨道贴合成一个整体的内凸轮轨道；所述伸缩杆靠近外圈的一端的两侧装有一对滚珠轴承，这对滚珠轴承置于外圈上的内凸轮轨道中；多个内凸轮伸缩单元的伸缩杆的内端粘接有柔性蒙皮。所述半边的内凸轮轨道的外缘高于内缘，内缘高于内缘基板，当两个半壳合并构成外圈时，两个半边的内凸轮轨道的外缘相贴合，内缘之间留有一段空隙，内缘基板之间留有更大的空隙。所述伸缩杆正视为粗细均匀的条形，侧视为“凸”字形，靠近外圈的一端较细，靠近内圈的一端较粗。本专利技术的柔性管状波动的仿生推进器，包括一张柔性的管状蒙皮、一纵列内凸轮伸缩单元、一套伸缩单元相位锁定机构，直流电机和外壳。内凸轮伸缩系统包含几个主要零件：内圈、外圈和伸缩杆。其中，内圈上开有数个沿圆周均匀分布的孔，孔内装有滚珠轴承，共同构建成一个直线滑槽。外圈与内圈同轴，内部包含一个内凸轮轨道，内凸轮轨道为由与内圈开孔数目相同的周期性“峰-谷”组成的中心对称的环状波浪形。每个内圈的直线滑槽内有个可沿内圈径向运动的伸缩杆，该伸缩杆向外侧的一端截面收窄，并安装有一对滚珠轴承；内侧的一端与柔性蒙皮相连接。伸缩杆上的滚珠轴承卡在外圈内的内凸轮轨道中，并可随外圈的转动而自由滚动，外圈每转动一圈，伸缩杆便来回运动与内圈开孔数目相同的次数，并带动内侧的柔性蒙皮收缩和扩张。在内圈的轴向上等间距布置数套内凸轮伸缩单元，数套单元的内圈沿轴向线性排列，并由内圈固联螺杆连接固定，相邻外圈之间在转动方向上错开相等的角度，并由伸缩单元相位锁定机构固定，使得所有外圈之间的相对位置保持不变。外圈转动时，伸缩杆周期性伸缩并带动柔性蒙皮周期性收缩和扩张，由于相邻伸缩杆的伸缩动作存在一个相位差，所以整个柔性蒙皮上便产生一个管状的三维行波，推动水向行波传动的方向运动，以此产生一个逆着行波传动方向的反作用力，也就是对航行器的推力。所述的内圈由两半壳体组成，每个壳体上有沿圆周方向均匀分布的数个矩形截面的槽，两个壳体组合到一起构成矩形截面的孔，孔两侧靠近边缘的位置装有四只滚珠轴承，用以约束伸缩杆在孔内只能沿孔的轴向滑动。所述的外圈由两半壳体组成，每个壳体上有一个中心对称的波浪状的半边的内凸轮轨道，两个壳体组合到一起构成一个整体的内凸轮轨道，凸轮槽靠近外圈外侧的边本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性管状波动的仿生推进器，其特征在于，包括导流外壳，所述导流外壳内设有电机和相位锁定环，所述相位锁定环内纵向设有相位锁定杆和相位锁定杆加强块，所述相位锁定环的端部设有相位锁定环端内齿轮，所述相位锁定环端内齿轮与所述电机输出轴上的齿轮啮合，所述相位锁定环内通过相位锁定杆和相位锁定杆加强块连接多个内凸轮伸缩单元；所述内凸轮伸缩单元包括同心设置的内圈和外圈，所述内圈和外圈均由两个半壳组成，其中：所述内圈的两个半壳上分别开有6个矩形截面的槽，两个半壳合并时，每对矩形槽组成一个方孔，方孔内装有4只滚珠轴承，构成直线滑槽，所述直线滑槽中插有伸缩杆；所述外圈的两个半壳上分别开有矩形截面的、曲线形的半边的内凸轮轨道，当两个半壳合并构成外圈时，两个半边的内凸轮轨道贴合成一个整体的内凸轮轨道；所述伸缩杆靠近外圈的一端的两侧装有一对滚珠轴承，这对滚珠轴承置于外圈上的内凸轮轨道中；多个内凸轮伸缩单元的伸缩杆的内端粘接有柔性蒙皮。

【技术特征摘要】
1.一种柔性管状波动的仿生推进器，其特征在于，包括导流外壳，所述导流外壳内设有电机和相位锁定环，所述相位锁定环内纵向设有相位锁定杆和相位锁定杆加强块，所述相位锁定环的端部设有相位锁定环端内齿轮，所述相位锁定环端内齿轮与所述电机输出轴上的齿轮啮合，所述相位锁定环内通过相位锁定杆和相位锁定杆加强块连接多个内凸轮伸缩单元；所述内凸轮伸缩单元包括同心设置的内圈和外圈，所述内圈和外圈均由两个半壳组成，其中：所述内圈的两个半壳上分别开有6个矩形截面的槽，两个半壳合并时，每对矩形槽组成一个方孔，方孔内装有4只滚珠轴承，构成直线滑槽，所述直线滑槽中插有伸缩杆；所述外圈的两个半壳上分别开有矩形截面的、曲线形的半...

【专利技术属性】
技术研发人员：高东奇，刘寸宇，秦丰华，王彤，张世武，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34